Simulation von Wurzelresorptionen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode an menschlichen Zähnen unter Einwirkung kieferorthopädischer Kräfte und Momente
Final Report Abstract
Zahnfehlstellungen werden in der Kieferorthopädie durch die Applikation von Kräften und Momenten auf die zu bewegenden Zähne korrigiert. Wenn die aufgebrachten Lasten zu gering sind, können die Zähne nicht mit optimaler Geschwindigkeit bewegt werden, während bei zu großer Kraft die Gefahr des Auftretens von Wurzelresorptionen besteht. Dieser oft irreversible Gewebeverlust der Zahnwurzel muss also vermieden werden. Ziel dieses Projektes war, die Entstehung von Wurzelresorptionen zu simulieren, um Behandlungselemente und Behandlungsstrategien entsprechend optimieren zu können. In den Untersuchungen wurde der hydrostatische Druck im Parodontalligament als geeigneter Indikator für das Auftreten von Wurzelresorptionen gefunden, der in Finite Elemente Simulationen Stellen mit erhöhtem Resorptionsrisiko kennzeichnet. Laut der Theorie von Schwarz kollabieren die Kapillaren bei Überschreitung des kapillären Blutdruckes im Parodontalligament wenn von außen ein Kraftsystem auf den Zahn wirkt. Die Blut Versorgung wird gestört, was zum Absterben des betroffenen Gewebes führt. Die darauffolgende Resorption des nekrotischen Gewebes greift dann die Zahnwurzel an. Stellen an der Zahnwurzel, die an Druckbereiche im PDL grenzen, sind also nach dieser Theorie anfällig für Wurzelresorptionen. Im Rahmen dieses Projekts konnten entscheidende Hinweise gefunden werden, die diese Theorie bestätigen. Erstmals wurden in diesem Projekt Studien durchgeführt, die eine konstante orthodontische Intrusion an individuell modellierten Zähnen simulieren und die Ergebnisse mit den Wurzelresorptionen vergleichen, die an denselben Zähnen mit dem gleichen Kraftsystem in vivo am Patienten auftraten. Diese interessanten Beobachtungen wurden im Rahmen dieses Projekts erstmals auch für konstanten orthodontischen Torque bestätigt. Auch Untersuchungen an einwurzligen Zähnen bestätigen die in vivo gemachten Beobachtungen für einwurzlige Zähne. Bisher wurden in der Literatur Wurzelresorptionen mithilfe Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht. Im Rahmen dieser Studie wurde diese aufwändige Methode durch μCT ersetzt, wofür keine Besputterung notwendig ist. Bei einer Verbesserung der Modellierungsstrategie wurde herausgefunden, dass die lokale Zahngeometrie für lokale Spannungsminima verantwortlich ist. Eine Erweiterung des Modells auf dreiwurzlige Zähne zeigt, das die auftretenden Spanungsminima Resorptionslakunen ähneln. Somit dürfte die Zahngeometrie einen entscheidenden Einfluss nicht nur auf die Stellen an der Wurzel haben, wo Resorptionen auftreten, sondern auch für die Entstehung der individuellen Resorptionslakunen verantwortlich sein. Durch die zur Zeit sehr schnelle Entwicklung auf dem Gebiet kommerzieller Vernetzungsprogramme konnten im Rahmen dieses Projektes außerdem verschiedene Vernetzungsstrategien des Parodontalligaments getestet und optimiert werden. Ein Kraft/Moment-gesteuertes Simulationsexperiment leistet einen wichtigen Beitrag zur Findung eines geeigneten Kraft/Moment-Verhältnisses für die geplante kieferorthopädische Zahnbewegung. Um Behandlungselemente, die zur Reduzierung des Wurzelresorptionsrisikos entwickelt werden, zu testen, um eine optimale Zahnbewegung zu erreichen, eignet sich die Methode der Makrophotogrammetrie, die im Rahmen dieses Projekts getestet wurde. Um hohe Drücke in den problematischen Zonen zu vermeiden, wurden neue Behandlungselemente entwickelt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden sicher auch in Zukunft zur Minimierung des Risikos für Wurzelresorptionen von weiteren Behandlungselementen beitragen.
